АРХИВ СТАТЕЙ ЖУРНАЛА «МОЙ КОМПЬЮТЕР» ЗА 2002 ГОД

Укрощение кулеров

• Все журналы \ Номер 2/173 `2002 от 21.01.2002 \ Укрощение кулеров

Андрей ЛЕОНТЬЕВ

Статья о том, как аппаратно реализовать управление средой микроконтроллерами IT8700, IT8702, IT8705 и IT8712, на примере материнской платы SOLTEC SL-75DRV, из четырех частей, с прологом и эпилогом.

Пролог

Едва ли не первое, что делают пользователи, купившие материнскую плату Soltec SL-75DRV, — пытаются проверить разрекламированную возможность мониторинга частоты вращения вентиляторов с помощью поставляемой в составе ПО утилиты SmartGuardian. После множества неудачных попыток изменить эту частоту (по крайней мере, у первых выпусков плат), пользователь не без досады убеждается в том, что английское слово monitoring обозначает не более чем наблюдение, а такая возможность как управление (control) нигде в многостраничной инструкции по эксплуатации не упоминается.

Можно утешать себя тем, что все эти функции многоканального управления средой не особенно нужны. Ведь Soltec SL-75DRV ориентирована на оверклокеров, а у них кулеры всегда включены только на полную мощность :-). И не зря продавцы, показывая входящий в комплектацию платы выносной термодатчик, честно предупреждают о том, что он, скорее всего, никогда не понадобится.

Но если вы не сторонник разгона, любите послушать mp3 и в работе компьютера более всего цените отсутствие шума и стабильность, то давайте посчитаем. В современном компьютере вентиляторами оснащаются, помимо процессора и блока питания, еще и видеокарта, иногда корпус, и даже чипсет (на плате, принадлежащей автору, им оснащена микросхема северного моста). Дополнительные кулеры могут быть установлены и на винчестеры. Часто они бывают сдвоенными или дублированными. Таким образом, в одной машине всевозможных вентиляторов может набраться до десятка. И вся эта братия дружно шумит.

Между тем, потребность в работе охлаждающих устройств непостоянна и зависит как от загрузки отдельных узлов машины, так и от колебаний температуры в помещении (например, сезонных). Вдобавок, их ресурс обусловлен оборотами. Значит, есть резон, потратив два — три доллара на комплектующие для регулирования скорости вращения вентиляторов, избавиться от необходимости их частой замены. В результате некоторым пользователям покажется маловато и тех трех каналов управления, предоставляемых в распоряжение пользователя микросхемой IT8705F, из которых на плате Soltec SL-75DRV целиком не реализован ни один :-). Но мы и сами с усами — далее описано, как без больших затрат можно более полно использовать возможности управления средой, заложенные в той самой микросхеме IT8705F.

Часть 1

Сначала немного о главном герое — микроконтроллере IT8705F. Эта информация может оказаться полезной и для владельцев других плат, где применяется тот же чип или похожие на него IT8700, IT8702 и IT8712.

Контроллер среды, встроенный в IT8705F, содержит три ввода температурных датчиков, три ввода тахометров и три ШИМ-контроллера вентиляторов (таблица 1). Он наблюдает за средой внутри системного блока и призван осуществлять за ней контроль.

Аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера конвертирует аналоговые входные сигналы в пределах от 0 V до 4.096 V в байты. Вводы температурных датчиков тоже могут преобразовываться в цифровую форму и отображать температуру терморезисторов или термодиодов. Коррекцию нелинейности их характеристик обеспечивает встроенный ROM. Байт, определяющий типы внешних датчиков (независимо для каждого из каналов), расположен в регистре микроконтроллера по адресу 51h и доступен посредством оболочки SmartGuardian (через .INI файл).

Вводы тахометров — логические, с допустимым диапазоном 0V…5V. Их задача — измерение периода следования импульсов от вентиляторных таходатчиков. Входы FAN_TAC1 и FAN_TAC2 оборудованы программируемыми делителями (К=2^N где N=0-7) и могут использоваться для измерения различных диапазонов скорости вентилятора. FAN_TAC3 оснащен фиксированным делителем (на 2 или 8) и может применяться только в заданном по умолчанию диапазоне. Байт, определяющий коэффициенты деления, расположен в регистре микроконтроллера по адресу 0Bh.

На выходах ШИМ-контроллеров присутствуют импульсы переменной скважности с частотой 400 кГц и размахом 5V.

Всю информацию о контроллерах фирмы ITE можно найти по адресу http://www.iteusa.com.

Часть 2

Что касается Soltec SL-75DRV, то на ней измеряется частота вращения только вентилятора FAN1 (устанавливается на процессоре, канал A). Управление его оборотами невозможно по причине отсутствия необходимой для этого аппаратной части.

Печатные проводники ключа управления вращением разведены тоже только для FAN1, но элементы не запаяны, за исключением R10 — 0 Ом (перемычка) и R34 — 4.7 кОм. Этот участок расположен в левом верхнем углу платы.

На рисунке 1 приведена схема, которая подразумевалась при разводке печатного монтажа. Как видите, такой ключ весьма несложно собрать самостоятельно. Можно смонтировать его прямо на плате, если умеете аккуратно паять SMD-элементы. В этом случае не забудьте удалить перемычку R10. Однако наряду с несомненным достоинством — простотой, подобная схема обладает существенным недостатком. В те моменты времени, когда ключ Q8 открыт, он замыкает источник питания +12В на фильтрующий конденсатор Сф, который сам является источником напряжения (пониженного) для двигателя. При этом ток коллектора Q8 ограничен только его внутренней проводимостью, и при токе базы более 10 мА может достигать опасной для транзистора величины (предельные параметры 2N3906 таковы: Ikmax=200mA, Ptmax=330mW).

Если конденсатор Сф исключить, схема будет работать гораздо надежнее, но возникнут новые проблемы. Поскольку двигатель вентилятора представляет собой индуктивную нагрузку, да еще и охваченную электромеханической обратной связью, питание его пульсирующим током может вызывать негативные эффекты в виде неравномерности вращения на малых и средних оборотах, а также явно слышимых «звонов» в некоторых режимах. Второе из этих зол особенно неприятно, поскольку наша главная цель — снижение шумности. Причина кроется в том, что в моменты, когда ключ Q8 закрыт, обратная связь через источник напряжения оказывается разорванной, а ротор двигателя — раздемпфированным.

В качестве компромисса можно предложить установку последовательно с Сф резистора в несколько десятков Ом, однако это потребует «хирургического» вмешательства в плату.

Часть 3

Исходя из вышесказанного, более целесообразным представляется собрать ключ в виде отдельного узла по доработанной схеме (рис. 2), которая является классическим ШИМ регулятором постоянного напряжения. Конструктивно его лучше выполнить как переходник, вставляемый в разъем между вентилятором и материнской платой. При этом в плату впаивается всего один провод — в точку соединения R30 и R34.

Рекомендуемые элементы: Q9 — 2Т3102Б; Q8 — 2Т644Б; VD1 — FR207, L1 — 20…30 витков ПЭЛ –0.4 на ферритовом 2000НМ кольце К10Х6Х3.

После сборки проверьте наличие на коллекторе Q8 прямоугольных импульсов с размахом 12В, периодом 2.5 мкс и скважностью, зависящей от положения ползунка в окне настройки SmartGuardian. Обратите внимание, что реальный диапазон влияния ползунка на обороты несколько уже, чем 0-127 (фактически — около 80). Это связано с задержкой переключения транзисторов. (Полезно запомнить положения ползунка для режимов начала вращения и средних оборотов двигателя, это облегчит последующую настройку утилиты).

Через такой же переходник можно подключить и FAN3, подпаяв его вход к нижнему («южному») выводу резистора R266 (4.7 кОм), расположенного чуть выше и правее мсх.IT8705F (он связан с выводом 79 этой микросхемы; проверяйте прозвонкой — маркировка не всегда точна!). Подобным образом подключается и третий вентилятор — FAN 4. Вход его регулятора нужно подпаять к нижнему, связанному с выв.80 мсх.IT8705F, выводу резистора R272 (4.7 кОм), который находится рядом с уже известным R266. Но в этом случае придется после инсталляции SmartGuardian подредактировать файл C:\windows\win.ini, чтобы включить управление третьим каналом. Для этого перед запуском утилиты, в секции [SmartGuardian] достаточно изменить одну строку следующим образом:

FANONOF=1,1,1,1,1,1

Сразу даю совет: после окончательной настройки утилиты создайте на основе этой секции новый файл INSTALL.INI в папке, откуда будете инсталлировать SmartGuardian в следующий раз. Еще совет: на выходе переходника установите не один разъем для вентилятора, а два параллельно. А можно все формирователи, ключевые регуляторы и разъемы разместить на единой плате, устанавливаемой в свободный слот PCI, с которого взять необходимые напряжения. Преимущества такого исполнения — короткие проводники для подключения к контроллеру двух из трех каналов, жесткая конструкция, возможность использовать крупногабаритные элементы и установить значительное число разъемов для любых комбинаций вентиляторов. Развитием этой идеи может быть сборка на плате еще и нескольких автономных (то есть не связанных с IT8705F) каналов по схеме: термодатчик — двух- трехуровневый компаратор — регулятор + звуковой индикатор перегрева. Такие чисто аппаратные каналы можно использовать для управления средой в любом компьютере, но это уже тема для отдельной статьи.

После подобных доработок функции утилиты SmartGuardian будут реализованы полностью, за исключением отображения показаний третьего термодатчика и оборотов в каналах B и C.

Причиной невозможности измерять обороты в канале B (FAN3) является, скорее всего, программный глюк (или автору не повезло?), поскольку все элементы цепи таходатчика на плате установлены, и сигнал от него на входе микросхемы присутствует.

Для канала C причина оказалась иной. Вывод 75 микроконтроллера система конфигурирует как выход. Возможно, он используется для иных целей, хотя автору проследить это не удалось. А значит, с тахометрами еще предстоит разбираться в будущем. Схема их формирователей очень проста (рис. 3) и приводится для владельцев других плат, в которых применяется микросхема из числа вышеупомянутых.

В любом случае, перед доработками нужно хотя бы визуально (по разводке дорожек) и с помощью прозвонки низковольтным тестером убедиться, что в вашей материнской плате выводы микроконтроллера не используются ни для каких функций, помимо вышеупомянутых (часть 1). При отключенном питании выводы имеют весьма высокий импеданс, и если тестер на пределе сотен кОм показывает «обрыв», то можно надеяться, что другие цепи к нему не подключены.

Часть 4

Третий термодатчик (недоработанная плата позволяет использовать только два) имеет еще более простой формирователь (рис. 4), мало того — все навесные элементы на плате автора оказались установленными. Осталось только подключить к нижнему выводу резистора R271 (соединен с выв. 87 микроконтроллера) терморезистор сопротивлением около 10 кОм и отрицательным ТКЕ около 3 %/град. (Такой же элемент входит в комплект поставки). Чтобы минимизировать погрешность, его придется подбирать, шунтировать или составлять из нескольких. Для мониторинга температуры материнской платы или воздуха внутри корпуса терморезистор можно впаять прямо возле микросхемы и даже (лучше) приклеить к плате. Индикация температуры третьего канала включается или прямо из окна SmartGuardian, или установкой переменной DEFONOF = 1,1,1,1,1,1 в файле WIN.INI.

IT8705F позволяет использовать в качестве датчиков термодиоды и транзисторы в диодном включении (рис. 5). Но при этом резистор источника тока должен иметь номинал 30 кОм +/-1 %, а переменной TEMPCAN в файле WIN.INI нужно присвоить другое значение. Эта величина вносится оболочкой в уже упоминавшийся регистр 51h, а вычисляется следующим образом:

Бит 0 соответствует термодиоду в канале A

Бит 1 соответствует термодиоду в канале B

Бит 2 соответствует термодиоду в канале C

Бит 3 соответствует терморезистору в канале A

Бит 4 соответствует терморезистору в канале B

Бит 5 соответствует терморезистору в канале C.

Одновременная установка битов термодиода и терморезистора для каждого из каналов не допускается. По умолчанию в регистр записывается величина 56 (то есть будто во всех каналах установлены терморезисторы). Когда TEMPCAN = 0, значение берется из BIOS.

Если после изменения переменных машина сразу по окончании загрузки выключается, перезагрузитесь в безопасном режиме и внесите необходимые исправления или восстановите исходные значения (в крайнем случае, деинсталлируйте и установите заново утилиту). Если наблюдается резкое замедление работы IDE-интерфейса, попробуйте отключить звуковые функции SmartGuardian (этот и некоторые другие глюки утилиты не зависят от описанных выше переделок). Может быть, ее новые версии будут свободны от недостатков.

Эпилог

Естественно, эти доработки вы будете делать на свой страх и риск. При визуально неаккуратной пайке можно потерять гарантию, при несоблюдении правил пайки SMD- и CMOS-элементов — частично или полностью лишить работоспособности материнскую плату. Но пусть вдохновит вас пример автора, который с полным успехом реализовал все вышеописанное на своей машине (хотя и не имел достаточно времени для тщательного тестирования). Однако ответственности за все, что Вы у себя напаяете, автор не несет. Тем не менее, он желает вам успеха, ведь в итоге ваши старания будут вознаграждены: отрегулировав скорости вентиляторов, вы сможете наслаждаться тишиной, нарушаемой лишь громким и непрерывным шумом вентилятора блока питания :-).

Идёт загрузка...

Данную страницу никто не комментировал. Вы можете стать первым.

Ваше имя:
Ваша почта:
Комментарий:
Введите символы или вычислите пример: * Обновить